KR20030058098A - Method for controlling beam pattern in mobile communication using smart antenna - Google Patents

Method for controlling beam pattern in mobile communication using smart antenna Download PDF

Info

Publication number
KR20030058098A
KR20030058098A KR1020010088484A KR20010088484A KR20030058098A KR 20030058098 A KR20030058098 A KR 20030058098A KR 1020010088484 A KR1020010088484 A KR 1020010088484A KR 20010088484 A KR20010088484 A KR 20010088484A KR 20030058098 A KR20030058098 A KR 20030058098A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
beam pattern
terminal
base station
mobile communication
channel
Prior art date
Application number
KR1020010088484A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이동관
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020010088484A priority Critical patent/KR20030058098A/en
Publication of KR20030058098A publication Critical patent/KR20030058098A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24Cell structures
    • H04W16/28Cell structures using beam steering
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14Relay systems
    • H04B7/15Active relay systems
    • H04B7/155Ground-based stations
    • H04B7/15528Control of operation parameters of a relay station to exploit the physical medium
    • H04B7/1555Selecting relay station antenna mode, e.g. selecting omnidirectional -, directional beams, selecting polarizations
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile

Abstract

PURPOSE: A beam pattern control method in a mobile communication system using a smart antenna is provided to increase a capacity of a forward link of a base station and enhance a communication quality by accurately estimating a direction or a terminal by the base station. CONSTITUTION: Position information of a terminal and a resolution of the information are fed back to a base station through a reverse control channel. The base station analyzes the position information and ACK and NACK information for a forward packet and performs a transmission to an entire sector, or forms a beam pattern of a specific direction to transmit a signal. The base station informs whether to use a common pilot or an auxiliary pilot in the next frame through a forward control channel. The base station transfers data by using the determined beam pattern. In a packet data channel of 1xEV-DO system, the frame is replaced with a slot. That is, the base station selects a pilot by the unit of slot, and the terminal buffers the pilot and data to search a phase of the pilot, and starts demodulation.

Description

스마트 안테나를 이용한 이동 통신 시스템에서 빔 패턴 제어 방법{Method for controlling beam pattern in mobile communication using smart antenna}Method for controlling beam pattern in mobile communication system using smart antenna

본 발명은 스마트 안테나를 이용한 이동 통신 시스템에서의 빔 패턴 제어에 관한 것으로 특히 다중 사용자 및 다중경로 환경에서 순방향으로의 효과적인 빔 패턴을 제공할 수 있는 스마트 안테나를 이용한 이동 통신 시스템에서의 빔 패턴 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to beam pattern control in a mobile communication system using a smart antenna, and more particularly, to a beam pattern control method in a mobile communication system using a smart antenna capable of providing an effective beam pattern in a forward direction in a multi-user and multipath environment. It is about.

이동통신 시스템에서 여러 가입자들에게 고속 데이터 통신을 서비스하기 위해서는 셀의 용량을 증가시키는 것이 무엇보다 중요하다.In order to provide high speed data communication to multiple subscribers in a mobile communication system, it is important to increase the capacity of a cell.

기본적으로 셀룰러, PCS 등 이동통신은 한정된 스펙트럼을 효과적으로 이용하고자 하는 기본 개념에서 출발하였으므로 셀을 점점 더 나누면 스펙트럼의 효율성은 증가한다. 그러나 셀을 분할하는 방법은 기지국을 설치하는데 엄청난 비용이 추가 부담되는 것뿐만 아니라 잦은 핸드오프로 인한 통신 두절, 혹은 통신 신뢰성 하락이 필연적으로 존재하게 되는 단점을 가지고 있다.Basically, since mobile communication such as cellular and PCS starts from the basic concept of effectively using a limited spectrum, dividing the cells more and more increases the efficiency of the spectrum. However, the method of splitting a cell has a disadvantage in that a large amount of additional costs are required to install a base station as well as a communication failure due to frequent handoff or a decrease in communication reliability.

특히 차세대 이동 통신 시스템에서는 고속 데이터 통신에 대한 요구가 증대됨에 따라 기지국의 섹터당 처리량(throughput)이 중요한 개념이 되고 있다. 특히 순방향 채널은 단말들의 데이터 다운로드 요구에 의해 매우 높은 셀 용량이 요구될 것이다. 이를 위하여 스마트 안테나를 이용하는 방법이 현재 적극 검토되고 있다.In particular, as the demand for high-speed data communication increases in the next generation mobile communication system, throughput per sector of the base station becomes an important concept. In particular, the forward channel may require very high cell capacity due to data download requests of terminals. To this end, a method of using a smart antenna is currently being actively studied.

따라서 최근에는 기지국을 증설하지 않고 진보된 안테나 기술을 적용해서 통신 용량을 대폭 증가시키고 통신 품질을 개선할 수 있는 새로운 연구가 진행되고 있다.Therefore, recently, new researches are being conducted that can significantly increase communication capacity and improve communication quality by applying advanced antenna technology without increasing base stations.

그 중 하나로써 스마트 안테나 기술을 이용해서 원하는 가입자의 방향으로 전파를 집중시키고 타가입자의 간섭 신호는 저하시켜 송수신함으로써 기존의 이동통신 시스템의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있도록 하는 기술을 연구 중이다.One of them is using smart antenna technology to concentrate radio waves in the direction of the desired subscribers, reduce the interference signal of other subscribers and transmit and receive the technology to significantly improve the performance of the existing mobile communication system.

스마트 안테나 기술은 안테나 어레이와 전파 방향을 제어할 수 있는 디지탈 신호처리 기술을 복합적으로 활용하여 구현되는 최첨단 빔 형성(Beamforming) 기술로서 통신 사업자간에 지대한 관심을 일으키고 있다.Smart antenna technology is a state-of-the-art beamforming technology implemented by using a combination of an antenna array and a digital signal processing technology that can control the propagation direction has attracted great interest among carriers.

즉, 일반적으로 이동 통신 시스템의 기지국 안테나는 전방향 안테나(Omni-directional Antenna)가 사용되어 방향에 상관없이 일정한 이득을 주도록 제작한다.That is, in general, a base station antenna of a mobile communication system is manufactured to give a constant gain regardless of a direction by using an omni-directional antenna.

이럴 경우 안테나에 송수신되는 모든 신호들은 기지국의 송수신 안테나와의거리에 따라 전력(Power)을 제어하여 송수신되며 송수신 희망 신호에 간섭의 영향을 미친다. 따라서 이 기지국 안테나는 선택적으로 신호에 이득을 주어 송수신할 수 없다.In this case, all signals transmitted / received to the antenna are transmitted and received by controlling power according to the distance from the base station's transmit / receive antenna and affect the desired signal. Therefore, this base station antenna selectively gains and cannot transmit and receive a signal.

이러한 간섭의 영향을 줄이기 위해 셀을 여러 섹터로 나누어 여러 개의 안테나를 사용하는 방법이 있는데, 가령 셀을 3개의 섹터로 나누어 3개의 안테나를 사용하여 각 안테나가 120도를 담당하도록 한다면 간섭의 영향을 1/3로 줄일 수 있다.In order to reduce the effects of such interference, there is a method of dividing a cell into several sectors and using multiple antennas. For example, if a cell is divided into three sectors and three antennas are used to make each antenna cover 120 degrees, the effect of the interference may be reduced. It can be reduced to 1/3.

간섭의 영향을 줄일 수 있는 또 다른 방법으로는 안테나가 하드웨어적으로 고정되어 정해진 특정각으로부터 도달하는 신호에 대해 큰 이득을 주고 다른 방향에서 송수신되는 간섭 신호에 매우 작은 이득을 주도록 제작하는 것도 있다. 그러나 이 방법은 송수신체가 고정되어 있는 경우에 한하여야 한다.Another way to reduce the effects of interference is to have the antennas fixed in hardware, so that the antennas have a large gain for signals arriving from a given angle and very small gains for interference signals transmitted and received in different directions. However, this method should be limited to the case where the transceiver is fixed.

좀더 고급적인 방법으로는 희망 신호를 송출하는 송신체가 이동하거나 그 신호의 도달각이 상황에 따라 가변적일 때는 여러 안테나 소자로 구성된 어레이(Array)를 사용하는 것이다.A more advanced method is to use an array composed of several antenna elements when the transmitter transmitting the desired signal moves or the angle of arrival of the signal varies depending on the situation.

안테나 어레이는 원거리 신호원들의 위치를 파악하거나 그들로부터 나오는 신호들을 선택적으로 송수신하는데 이용되고 주변으로부터 들어오는 방해 전파를 제거하는데 이용된다.Antenna arrays are used to locate remote signal sources or to selectively transmit and receive signals from them and to remove interference from the surroundings.

이와 같은 스마트 안테나 시스템을 이용하는 경우 원하는 방향의 신호를 선택적으로 송수신하고 간섭 신호의 영향을 최소화시킴으로써 가입자 상호간의 간섭을 대폭 감쇠시킬 수 있다. 즉 셀내의 각 단말에 독립된 빔을 송수신간에 제공하고, 원하는 단말 방향으로 이들을 극대화되도록 빔형성시킴으로서 여타의 단말 방향에 전파량을 극소화할 수 있다. 그러므로 수신 신호의 잡음을 대폭 감쇠시킨다.In the case of using such a smart antenna system, the interference between subscribers can be greatly attenuated by selectively transmitting and receiving a signal in a desired direction and minimizing the influence of the interference signal. That is, the amount of propagation can be minimized in other terminal directions by providing independent beams to each terminal in the cell between transmission and reception, and by forming a beam to maximize them in a desired terminal direction. Therefore, the noise of the received signal is greatly attenuated.

스마트 안테나 시스템은 통화 채널간 방해 전파(Interfering Noise)를 최소화하여 통화 품질을 향상시키고 가입자 수를 증가시킬 수 있는 시스템이며 원하는 방향으로 전파가 집중되어 각 단말은 저전력으로 통화가 가능하므로 배터리 수명역시 획기적으로 연장할 수 있는 기술이다. 결국 스마트 안테나 시스템이란 각 단말 방향으로 독립된 빔패턴을 제공하여 통신 용량을 증대시키고 통신 품질을 대폭 개선할 수 있다.The smart antenna system is a system that can improve the call quality and increase the number of subscribers by minimizing the interfering noise between call channels.The battery life is also dramatically reduced because the radio waves are concentrated in the desired direction so that each terminal can talk at low power. It is a technology that can be extended. As a result, the smart antenna system can increase the communication capacity and significantly improve the communication quality by providing an independent beam pattern toward each terminal.

결국, 셀내의 모든 가입자에게 방향성 빔패턴을 제공함으로서 통화 방향으로는 최대의 이득을 설정하고 여타의 방향으로는 이득을 최소화한다. 이것은 송신과 수신 양방향에 제공되며 셀내의 모든 가입자에게 독립적으로 동시에 제공된다. 이와같은 최적의 빔형성 기술은 기지국에 어레이 안테나를 설치하고 각 가입자에 맞는 최적의 웨이트를 독립적으로 계산하여 각 가입자에게 제공하여야 한다.As a result, by providing a directional beam pattern to all subscribers in the cell, it sets the maximum gain in the call direction and minimizes the gain in the other directions. It is provided in both transmit and receive directions and simultaneously simultaneously to all subscribers in the cell. Such an optimal beamforming technique should install an array antenna at the base station and independently calculate the optimal weight for each subscriber and provide it to each subscriber.

CDMA 환경의 경우 원하는 신호와 간섭 신호는 PN코드에 의해 분리된다. 이 원리를 이용하여 각 가입자마다 수신되는 고유 벡터값을 계산하여 어레이 안테나 위상을 조정함으로서 어레이된 안테나는 신호원이 있는 방향으로 독립적인 빔패턴을 형성시킨다. 즉 m개의 빔형성 모듈은 어레이 안테나 n개를 독립적으로 위상 어레이할 수 있으며 이는 각 가입자 방향으로 빔패턴을 형성하여 원하는 신호와 간섭 신호간의 신호차를 크게 유지하여 통화 품질을 개선하는 것이다.In the CDMA environment, the desired signal and the interference signal are separated by the PN code. By using this principle, by calculating the unique vector value received for each subscriber and adjusting the array antenna phase, the arrayed antenna forms an independent beam pattern in the direction of the signal source. That is, the m beamforming modules can independently phase-array n array antennas, which form a beam pattern toward each subscriber to improve call quality by maintaining a large signal difference between a desired signal and an interference signal.

그러나, 이와 같은 기존의 스마트 안테나 알고리즘을 이용하면 역방향 링크의 시스템 용량을 크게 증대될 수 있으나 순방향 링크의 용량을 증가시키는데는 몇가지 어려운 문제점이 있다.However, the conventional smart antenna algorithm can greatly increase the system capacity of the reverse link, but there are some difficulties in increasing the capacity of the forward link.

예를 들면 FDD(Frequency Division Duplexing) 시스템에서는 순방향 채널과 역방향 채널의 주파수가 다르기 때문에 전파 특성이 달라 그와 같은 경우 역방향 채널을 통하여 얻어진 빔 패턴을 그대로 순방향에 적용한다는 것은 최악의 경우 빔 패턴 설정을 잘못해서 셀 용량을 오히려 떨어뜨릴 수 있다.For example, in the frequency division duplexing (FDD) system, since the frequency of the forward channel and the reverse channel is different, the propagation characteristics are different. In such a case, applying the beam pattern obtained through the reverse channel to the forward direction is the worst case. Inadvertently lowering cell capacity.

이는 순방향 채널의 빔 패턴 제어가 역방향 채널에 의한 어레이 안테나 제어 정보로부터 추출되어 그대로 쓰여지기 때문이다. 특히 다중 경로(multipath)가 심한 이동 통신 환경에서는 역방향 채널로부터 얻어지는 안테나 제어 정보를 그대로 순방향 채널에 적용하는 것은 위험하며 현재 순방향 채널에서의 빔 패턴 제어에 대한 연구가 진행 중에 있다.This is because the beam pattern control of the forward channel is extracted from the array antenna control information by the reverse channel and used as it is. In particular, in a multi-path mobile communication environment, it is dangerous to apply the antenna control information obtained from the reverse channel to the forward channel as it is, and research on beam pattern control in the forward channel is currently in progress.

본 발명은 이상에서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 역방향 채널을 통해 전송되는 단말의 위치 정보에 따라 기지국이 단말의 방향을 추정함으로써 순방향 채널에서 빔 패턴의 제어를 수행할 수 있는 스마트 안테나를 이용한 이동 통신 시스템에서의 빔 패턴 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, the base station can perform the control of the beam pattern in the forward channel by estimating the direction of the terminal according to the location information of the terminal transmitted through the reverse channel It is to provide a beam pattern control method in a mobile communication system using a smart antenna.

이와 같은 본 발명 스마트 안테나를 이용한 이동 통신 시스템에서의 빔 패턴 제어 방법은 단말이 자신의 위치 정보를 역방향 채널을 통해 기지국으로 전송하는 단계, 상기 기지국이 상기 위치 정보에 따라 상기 단말의 방향을 판단하는 단계, 상기 기지국이 상기 단말의 방향에 대한 순방향 채널의 품질을 분석하는 단계, 상기 분석결과에 따라 상기 단말에 대한 순방향 빔 패턴 형성 방향을 결정하는 단계로 이루어진다.In the method of controlling a beam pattern in a mobile communication system using the smart antenna of the present invention, the terminal transmits its location information to a base station through a reverse channel, and the base station determines the direction of the terminal according to the location information. The method may include: analyzing, by the base station, the quality of the forward channel with respect to the direction of the terminal, and determining a forward beam pattern formation direction for the terminal according to the analysis result.

바람직하게 상기 위치 정보는 상기 단말이 위성 위치 확인 시스템 서비스에 따라 분석한 자신의 위치 정보와 상기 분석한 위치 정보에 대한 신뢰도 정보가 포함된다.Preferably, the location information includes its own location information analyzed by the terminal according to the satellite positioning system service and reliability information about the analyzed location information.

그리고 상기 순방향 채널의 품질을 분석하는 단계는 상기 기지국에서 상기 단말로 순방향 패킷들을 전송하고, 상기 순방향 패킷들을 수신한 단말의 확인(ACK) 신호 유무에 따라 확인 신호가 많은 경우에 순방향 채널의 품질이 우수한 것으로 평가한다.The analyzing of the quality of the forward channel may include forwarding forward packets from the base station to the user equipment and, if there are many acknowledgment signals according to the presence or absence of an acknowledgment (ACK) signal of the user equipment that has received the forward packets, the quality of the forward channel may be increased. It is evaluated as excellent.

바람직하게 상기 단말에 대한 순방향 빔 패턴 형성 방향을 결정하는 단계는 상기 순방향 채널의 품질 분석 결과가 설정된 임계값보다 우수한가를 판단되면 상기 순방향 빔 패턴의 이득 값을 상기 단말의 방향으로 집중하도록 결정하고, 상기 임계값보다 우수하지 않으면 상기 순방향 빔 패턴이 상기 기지국 섹터의 전방향이 되도록 결정하며, 상기 단말에 대한 순방향 빔 패턴 형성 방향각을 결정하는 단계는 상기 기지국에서 상기 단말의 거리와 상기 기지국에서 설정한 빔 패턴 각도율의 정확성을 상기 단말의 위치 정보 정확성으로 나눈 값이 상기 빔 패턴의 정확성 임계값보다 우수한 것으로 판단되면 상기 순방향 빔 패턴이 상기 단말의 방향으로 집중되도록 결정하고, 상기 임계값 보다 우수한 것으로 판단되지 않으면 상기 기지국 섹터의 전방향이 되도록 결정한다.Preferably, the determining of the direction of forming the forward beam pattern for the terminal determines that the gain value of the forward beam pattern is concentrated in the direction of the terminal when it is determined whether the quality analysis result of the forward channel is superior to a set threshold value. If it is not better than the threshold value, the forward beam pattern is determined to be omni-directional of the base station sector, and determining the direction of the forward beam pattern formation direction for the terminal is set in the base station the distance of the terminal and the base station If it is determined that the value obtained by dividing the accuracy of a beam pattern angular rate by the location information accuracy of the terminal is superior to the accuracy threshold of the beam pattern, the forward beam pattern is determined to be concentrated in the direction of the terminal, and is superior to the threshold. If it is not determined that the omni-directional of the base station sector Decide if possible.

도 1은 본 발명에 따른 단말과 기지국의 위치 정보로부터 DOA와 거리를 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면1 is a view for explaining a method for extracting the DOA and the distance from the location information of the terminal and the base station according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 빔 패턴 제어 방법을 설명하기 위한 단말과 기지국간 빔 패턴 제어 시나리오를 나타낸 도면2 is a diagram illustrating a beam pattern control scenario between a terminal and a base station for explaining a beam pattern control method according to the present invention;

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스마트 안테나를 이용한 이동 통신 시스템에서의 빔 패턴 제어 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a beam pattern control method in a mobile communication system using a smart antenna according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 단말과 기지국의 위치 정보로부터의 단말의 방향과 거리를 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 빔 패턴 제어 방법을 설명하기 위한 단말과 기지국간 빔 패턴 제어 시나리오를 나타낸 도면이다.1 is a view for explaining a method for extracting the direction and distance of the terminal from the location information of the terminal and the base station according to the present invention, Figure 2 is a view between the terminal and the base station for explaining the beam pattern control method according to the present invention A diagram illustrating a beam pattern control scenario.

순방향 채널에 대한 빔 패턴 제어를 위해서는 단말의 방향(DOA : Direction of Angle)에 대한 정보가 중요하다. 현재 어레이(array) 안테나를 통한 수신 정보를 통하여 단말의 방향을 계산하는 알고리즘은 많이 제안되어 있지만 실제로 다중사용자(Multiuser)와 다중 경로(Multipath)가 심한 이동통신 환경에서는 단말의 방향(DOA)에 대한 예측이 매우 불확실하다.For beam pattern control on the forward channel, information about a direction of angle (DOA) is important. Currently, many algorithms for calculating the direction of a terminal based on reception information through an array antenna have been proposed. However, in a mobile communication environment in which multiuser and multipath are severe, The forecast is very uncertain.

따라서 본 발명에서는 역방향 채널의 용량 증가를 위해서는 스마트 안테나 시스템을 그대로 사용하되, 순방향 채널의 경우 단말의 위치 정보를 역방향 채널로부터 피드백 받아서 이를 이용하여 빔패턴을 제어하는 방법에 있어서, 단말의 위치를 확인할 수 있는 서비스를 이용한다.Therefore, in the present invention, the smart antenna system is used as it is to increase the capacity of the reverse channel, but in the case of the forward channel, in the method of controlling the beam pattern by receiving feedback of the position information of the terminal from the reverse channel, confirming the position of the terminal Use service that can be.

이와 같은 단말의 위치를 확인할 수 있는 서비스로는 최근 미국을 중심으로 요구되고 있는 E-911(Enhanced-911) 서비스 등을 이용한다. 현재 미국에서는 단말 사용자의 응급상황 등에 대비하여 단말 사용자의 위치 정확성을 150m 이내로 규정하고 있다.As a service capable of confirming the location of such a terminal, an E-911 (Enhanced-911) service, which is recently requested in the United States, is used. Currently, in the United States, the terminal user's location accuracy within 150m to prepare for emergencies of the terminal user.

이때 단말 사용자의 위치 정보는 예를 들면 GPS(Global Positioning System ; 위성 위치 확인 시스템)을 이용하여 파악한다.In this case, the location information of the terminal user is determined using, for example, a global positioning system (GPS).

여기서 GPS에 대하여 간략하게 설명하면, GPS는 지구상에 있는 물체의 위치를 측정하기 위해 군사 목적으로 만든 것으로 오늘날에는 민간에서도 사용되고 있다. GPS를 이용하면 위치와 시간을 얻을 수 있는데, GPS 위치측정 데이터는 군사상으로 사용되는 PPS(Precision Positioning Service)인 경우에는 50 m이내, 민간에 제공되고 있는 SPS(Standard Positioning Service)는 200 m이내의 오차범위를 가진다. 이러한 오차를 보정하는 방법으로 특정 위치의 좌표 값과 그 곳의 측정값과의 차이를 이용하여 보정된 데이터를 반영하는 DGPS(Differential GPS)가 사용된다. DGPS를 사용하면 오차범위를 5 m이내로까지 줄일 수 있다. 최근 국내에서도 DGPS 보정 데이터를 FM방송을 통해 제공하는 DARC 시스템도 선보이고 있다. 처음에는 주로 비행기, 선박, 차량의 항법장치에 전자 지도(GIS)와 함께 GPS가 사용되고 있었으나 최근에는 사람들이나 차량 등 이동체의 위치를 파악하는 데에도 사용된다. 또한 개인휴대용 GPS 수신기가 개발되어 미지 탐사나, 군 작전시 자기 위치파악에 이용되고 있다. 최근에는 휴대용 무선전화기 내에 GPS 수신기를 내장하는 것도 개발, 출시되고 있다.Here's a brief description of GPS: GPS was created for military purposes to measure the position of objects on Earth and is now used by civilians. Using GPS, location and time can be obtained. GPS positioning data is within 50 m for the Precision Positioning Service (PPS) used for military purposes, and within 200 m for the Standard Positioning Service (SPS) provided to the civilian. Has an error range of. As a method of correcting such an error, differential GPS (DGPS) reflecting data corrected by using a difference between a coordinate value of a specific position and a measured value therein is used. Using DGPS, the margin of error can be reduced to within 5 m. Recently, DARC system, which provides DGPS correction data through FM broadcasting, is also introduced in Korea. Initially, GPS was used in conjunction with electronic maps (GIS) for airplanes, ships, and vehicles, but recently, it is also used to locate people such as people and vehicles. In addition, personal portable GPS receivers have been developed and used for unknown exploration and self positioning during military operations. Recently, a GPS receiver in a portable cordless phone has been developed and released.

따라서 미국의 E-911 또는 GPS를 이용하면 50m 범위내에서 단말의 위치를 알 수 있으므로 이를 단말의 방향(DOA)을 결정하는데 이용한다.Therefore, using the US E-911 or GPS can be used to determine the direction of the terminal (DOA) because the location of the terminal can be known within 50m range.

먼저 도 1에 나타낸 바와 같이 단말이 자신의 위치를 계산한다. 이때, E-911의 경우 정확성(resolution)을 150m 이내로 규정하고 있지만, 실제로는 50m 이내의 정확성을 가지고 단말의 위치를 계산할 수 있다.First, as shown in FIG. 1, the terminal calculates its position. In this case, in the case of E-911, the accuracy (resolution) is set to 150 m or less, but in reality, the position of the terminal can be calculated with accuracy of 50 m or less.

단말은 계산한 자신의 위치 정보와 함께 그 정보의 정확성 및 위치 정보에 대한 신뢰성(reliability) 정보를 함께 기지국으로 주기적으로 피드백한다. 여기서 피드백 주기는 수십 내지 수백 미리초(milli-second) 정도로 할 수 있다.The terminal periodically feeds back the calculated position information together with the accuracy of the information and reliability information about the position information to the base station. The feedback period may be in the order of tens to hundreds of milli-seconds.

이 정보는 역방향 제어 채널을 통해 기지국으로 전송된다.This information is transmitted to the base station via the reverse control channel.

기지국은 자신의 위치를 정확히 알고 있으므로 전송된 피드백 정보를 이용하여 기지국으로부터 단말까지의 거리와 함께 단말의 방향(DOA)을 계산할 수 있다.Since the base station knows exactly its location, the base station can calculate the direction of the terminal (DOA) together with the distance from the base station to the terminal using the transmitted feedback information.

만약 현재 위치에 대한 피드백 정보가 신뢰할만하지 못한 경우에는 이전의 이치 정보를 이용하되 정확성을 약간 낮춘다(coarse resolution).If the feedback information about the current position is not reliable, the previous reason information is used but the accuracy is slightly reduced (coarse resolution).

기지국은 주어진 단말의 방향(DOA) 정보들을 이용하여 단말로의 빔 패턴을 제어한다. 그리고 단말이 기지국(BS)에서 가깝다면 위치의 정확성에 대한 마진(margin) 때문에 정확한 방향을 추정할 수 없다. 이 경우 기지국은 낮은 전력으로 섹터 전체에 송신이 가능하기 때문에 전체 시스템의 용량을 크게 악화시키지는 않는다. 만약 계속해서 신뢰할만하지 않은(unreliable) 정보가 피드백된다면 위치 정보에 대한 정확성이 계속해서 떨어지므로 단말의 방향(DOA) 정보가 쓸모 없어진다. 그와 같은 경우에는 기존의 전방향성 안테나 또는 섹터화한 안테나를 그대로 사용한다.The base station controls the beam pattern to the terminal by using the direction (DOA) information of a given terminal. And if the terminal is close to the base station (BS) because of the margin (margin) for the accuracy of the position it is not possible to estimate the correct direction. In this case, since the base station can transmit the entire sector with low power, it does not significantly deteriorate the capacity of the entire system. If the unreliable information is continuously fed back, the accuracy of the location information continues to fall, and thus the direction of the terminal (DOA) information becomes useless. In such a case, an existing omni-directional antenna or sectorized antenna is used as it is.

그리고 방향성 빔을 사용한 후 단말로부터 프레임에 대한 NACK이 크게 증가하는 경우에도 기존의 전방향성 안테나 또는 섹터화한 안테나를 그대로 사용한다.After using the directional beam, even if the NACK for the frame is greatly increased from the terminal, the existing omni-directional antenna or sectorized antenna is used as it is.

이 경우 만약 기존의 송신 다이버시티 이득을 얻고자 한다면 기지국은 어레이 안테나에 추가하여 송신 다이버시티 안테나를 그대로 가지고 있어야 한다.In this case, if the existing transmit diversity gain is to be obtained, the base station should have the transmit diversity antenna in addition to the array antenna.

본 발명에서의 단말의 방향(DOA)을 결정하기 위한 파라미터들과 결정방법 및 방향성 빔을 사용하기 위한 조건은 표에 나타낸 바와 같다.Parameters for determining the direction of the terminal (DOA) in the present invention, the determination method and the conditions for using the directional beam are shown in the table.

파라미터(Parameter)Parameter 범위(Range)Range 정확성 품질(PR)Accuracy Quality (PR) 50m, 100m, 150m,신뢰할 수 없음50m, 100m, 150m, unreliable 기지국으로부터의 거리(D)Distance from base station (D) MetersMeters 빔 폭 정확성(Beam Width Resolution(BWR))Beam Width Resolution (BWR) 빔 폭의 각도율(기지국에 미리 설정됨)(Degree of angle)Angle ratio of beam width (preset at base station) (Degree of angle) FL frame ACK, NACK historyFL frame ACK, NACK history

빔 형성을 이용할 경우 각 단말에 대한 순방향 채널의 품질을 평가하기 위해서 ACK, NACK의 결과를 이용하여 FL_Quality(순방향 링크(Forward Link) 품질)라는 변수를 계속하여 갱신한다.In the case of using beamforming, a variable called FL_Quality (forward link quality) is continuously updated using the results of ACK and NACK to evaluate the quality of the forward channel for each terminal.

ACK이 올 경우 적당히 작은 단계만큼 FL_Quality값을 내리고, NACK이 전송될 경우 적당히 큰 단계만큼 FL_Quality 값을 증가시키는 방법도 한 방법이 될 수 있다.One method may be to decrease the FL_Quality value by an appropriately small step when an ACK comes in, and to increase the FL_Quality value by an appropriately large step when a NACK is transmitted.

따라서 FL_Quality가 어느 임계값(FL_Quality_Thresh) 이상일 경우, 현재의 빔 형성에 문제가 있다고 판단하고, 향후 일정시간 동안 내로우 빔 형성(narrow beam forming)을 하지 않는다. 결국 본 발명에서는 내로우 빔 형성을 이용하기 위한 조건으로서 다음의 두 조건을 제안한다.Therefore, when FL_Quality is equal to or greater than a certain threshold FL_Quality_Thresh, it is determined that there is a problem in the current beam forming, and the narrow beam forming is not performed for a predetermined time in the future. As a result, the present invention proposes the following two conditions as conditions for using narrow beam formation.

첫 번째 조건은, FL_Quality〈 FL_Quality_Thresh이고,The first condition is FL_Quality <FL_Quality_Thresh,

두 번째 조건은 D ×BWR/PR 〉Beam_Res_Threshold이다.The second condition is D × BWR / PR〉 Beam_Res_Threshold.

위에서 Beam_Res_Threshold는 현재 단말의 위치 정보 및 그 위치의 정확성으로부터 어레이 안테나를 이용할 경우 빔 폭에 의한 단말의 방향(DOA)을 이용할 수 있는지를 판단하는 임계값이다.The Beam_Res_Threshold is a threshold value for determining whether the direction of the terminal (DOA) can be used by the beam width when using the array antenna from the position information of the current terminal and the accuracy of the position.

본 발명을 정리하면 역방향 채널에 대한 수신 빔 패턴의 제어는 항상 적응 어레이 방식을 사용하며, 순방향 채널에 대한 수신 빔 제어를 위해서 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.In summary, the control of the reception beam pattern for the reverse channel always uses an adaptive array method, and the reception beam control for the forward channel will be described with reference to FIG. 2 as follows.

역방향 제어 채널을 통하여 단말의 위치정보 및 그 정보의 정확성(Resolution)을 기지국으로 피드백한다(S11).The position information of the terminal and the resolution of the information are fed back to the base station through the reverse control channel (S11).

기지국은 위치 정보 및 순방향 패킷에 대한 ACK, NACK 정보를 분석하여 섹터 전체에 전송을 수행하든지 혹은 특정 방향(단말의 방향(DOA)) 빔 패턴을 형성하여 신호를 전송한다.The base station analyzes the location information and the ACK and NACK information for the forward packet to transmit the entire sector or forms a specific direction (DOA) beam pattern to transmit a signal.

순방향 제어 채널을 통하여 다음 프레임에서 공통 파일럿을 사용할 것인지, 보조(auxiliary) 파일럿을 사용할 것인지를 알려준다(변화가 생길때 알려준다)(S12).Whether to use a common pilot or auxiliary pilot in the next frame through the forward control channel (notices when a change occurs) (S12).

이어서 정해진 빔 패턴을 이용하여 데이터를 전송한다(S13).Subsequently, data is transmitted using the determined beam pattern (S13).

1xEVDO 시스템의 패킷 데이터 채널에 대해서는 위의 프레임에 대한 개념을 슬롯으로 대응시킨다. 즉 매 슬롯 단위로 기지국은 파일럿을 선택하고(Common 0r auxiliary) 단말은 파일럿 및 데이터를 버퍼링하여 파일럿 위상을 찾은 후 복조를 시작한다(common pilot일 경우 버퍼링은 필요치 않음)For the packet data channel of the 1xEVDO system, the concept of the above frame is mapped to a slot. That is, the base station selects a pilot in each slot unit (Common 0r auxiliary), and the terminal buffers the pilot and data to find the pilot phase and starts demodulation (in the case of a common pilot, buffering is not necessary).

셀룰라 시스템에서 기지국에서 어레이 안테나를 이용한 빔 패턴의 제어를 이용하면 셀의 용량을 크게 증가시킬 수 있다, 그러나 순방향 채널에 대한 빔 패턴을 결정함에 있어서 역방향 채널의 수신을 최적화하기 위해서 구해진 빔 패턴을 그대로 이용할 경우 그 효과가 크게 감소할 것이며, 특히 다중 사용자, 다중 경로 특성이 강한 이동통신 환경에서 치명적일 수 있다. 즉 순방향 채널에 대한 빔 패턴 제어를 정확하게 하지 못함으로써 시스템의 을 오히려 감소시킬 수 있다, 본 발명에서는 순방향 채널에 대한 빔 패턴을 결정함에 있어서 단말의 위치로부터 계산된 단말의 방향(DOA)값을 이용함으로써 훨씬 더 안정적으로 순방향 채널에 대한 빔 패턴 제어를 수행할 수 있다.In the cellular system, the control of the beam pattern using the array antenna at the base station can greatly increase the capacity of the cell. However, in determining the beam pattern for the forward channel, the beam pattern obtained to optimize reception of the reverse channel is used as it is. When used, the effect will be greatly reduced, especially in a mobile communication environment with strong multi-user and multi-path characteristics. That is, it is possible to reduce the number of systems by inaccurately controlling the beam pattern for the forward channel. In the present invention, in determining the beam pattern for the forward channel, the direction of the terminal (DOA) calculated from the position of the terminal is used. This makes it possible to perform beam pattern control on the forward channel much more stably.

이와 같은 본 발명 스마트 안테나를 이용한 이동 통신 시스템의 빔 패턴 제어 방법은 단말로부터 전송된 위치 정보에 따라 기지국이 단말의 방향을 정확히 알 수 있으므로 순방향으로의 효과적인 빔 패턴 제어가 가능하므로 기지국의 순방향 링크의 용량을 증가시킴으로써 특히 고속 데이터 통신시 통신 품질을 향상할 수 있는 효과가 있다.In the beam pattern control method of the mobile communication system using the smart antenna of the present invention, since the base station can accurately know the direction of the terminal according to the position information transmitted from the terminal, the effective beam pattern control in the forward direction is possible. Increasing the capacity has the effect of improving the communication quality, especially in high-speed data communication.

Claims (5)

단말이 자신의 위치 정보를 역방향 채널을 통해 기지국으로 전송하는 단계;Transmitting, by the terminal, its location information to the base station through a reverse channel; 상기 기지국이 상기 위치 정보에 따라 상기 단말의 방향을 판단하는 단계;Determining, by the base station, the direction of the terminal according to the location information; 상기 기지국이 상기 단말의 방향에 대한 순방향 채널의 품질을 분석하는 단계;Analyzing, by the base station, quality of a forward channel with respect to a direction of the terminal; 상기 분석결과에 따라 상기 단말에 대한 순방향 빔 패턴 형성 방향을 결정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나를 이용한 이동 통신 시스템에서 빔 패턴 제어 방법.And determining a direction of forming a forward beam pattern for the terminal according to the analysis result. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 정보는 상기 단말이 위성 위치 확인 시스템 서비스에 따라 분석한 자신의 위치 정보와 상기 분석한 위치 정보에 대한 신뢰도 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나를 이용한 이통 통신 시스템에서 빔 패턴 제어 방법.According to claim 1, wherein the location information is a mobile communication system using a smart antenna, characterized in that the terminal analyzes its own location information and the reliability information about the analyzed location information according to the satellite positioning system service Beam pattern control method 제 1 항에 있어서, 상기 순방향 채널의 품질을 분석하는 단계는 상기 기지국에서 상기 단말로 순방향 패킷들을 전송하고, 상기 순방향 패킷들을 수신한 단말의 확인(ACK) 신호 유무에 따라 확인 신호가 많은 경우에 순방향 채널의 품질이 우수한 것으로 평가하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나를 이용한 이동 통신 시스템에서 빔 패턴 제어 방법.The method of claim 1, wherein the analyzing of the quality of the forward channel comprises: transmitting a plurality of forward packets from the base station to the user equipment and receiving a large number of acknowledgment signals according to the presence or absence of an acknowledgment (ACK) signal of the user equipment that has received the forward packets. Beam pattern control method in a mobile communication system using a smart antenna, characterized in that the quality of the forward channel is evaluated as excellent. 제 1 항에 있어서, 상기 단말에 대한 순방향 빔 패턴 형성 방향을 결정하는 단계는 상기 순방향 채널의 품질 분석 결과가 설정된 임계값보다 우수한가를 판단되면 상기 순방향 빔 패턴의 이득 값을 상기 단말의 방향으로 집중하도록 결정하고, 상기 임계값보다 우수하지 않으면 상기 순방향 빔 패턴이 상기 기지국 섹터의 전방향이 되도록 결정하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나를 이용한 이동 통신 시스템에서 빔 패턴 제어 방법.The method of claim 1, wherein the determining of the forward beam pattern formation direction for the terminal comprises: concentrating the gain value of the forward beam pattern in the direction of the terminal when it is determined whether the quality analysis result of the forward channel is superior to a predetermined threshold value. And determining that the forward beam pattern is omni-directional of the base station sector if it is not superior to the threshold value. 제 1 항에 있어서, 상기 단말에 대한 순방향 빔 패턴 형성 방향각을 결정하는 단계는 상기 기지국에서 상기 단말의 거리와 상기 기지국에서 설정한 빔 패턴 각도율의 정확성을 상기 단말의 위치 정보 정확성으로 나눈 값이 상기 빔 패턴의 정확성 임계값보다 우수한 것으로 판단되면 상기 순방향 빔 패턴이 상기 단말의 방향으로 집중되도록 결정하고, 상기 임계값 보다 우수한 것으로 판단되지 않으면 상기 기지국 섹터의 전방향이 되도록 결정하는 것을 특징으로 하는 스마트 안테나를 이용한 이동 통신 시스템에서 빔 패턴 제어 방법.The method of claim 1, wherein the determining of the direction of the forward beam pattern formation direction for the terminal comprises: a value obtained by dividing the accuracy of the distance between the terminal and the beam pattern angle ratio set by the base station by the position information accuracy of the terminal; If it is determined that it is superior to the accuracy threshold of the beam pattern, it is determined that the forward beam pattern is concentrated in the direction of the terminal, and if it is not determined to be superior to the threshold value, it is determined to be omni-directional of the base station sector. Beam pattern control method in a mobile communication system using a smart antenna.
KR1020010088484A 2001-12-29 2001-12-29 Method for controlling beam pattern in mobile communication using smart antenna KR20030058098A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010088484A KR20030058098A (en) 2001-12-29 2001-12-29 Method for controlling beam pattern in mobile communication using smart antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010088484A KR20030058098A (en) 2001-12-29 2001-12-29 Method for controlling beam pattern in mobile communication using smart antenna

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030058098A true KR20030058098A (en) 2003-07-07

Family

ID=32216029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010088484A KR20030058098A (en) 2001-12-29 2001-12-29 Method for controlling beam pattern in mobile communication using smart antenna

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20030058098A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100726852B1 (en) * 2005-12-08 2007-06-11 한국전자통신연구원 Multi-mode terminal and method for controlling communication route thereof
KR100850888B1 (en) * 2002-06-28 2008-08-07 (주)에이스안테나 Adaptive antenna device by using GPS signal of mobile phone and beam control method thereof
KR101009795B1 (en) * 2003-11-28 2011-01-19 삼성전자주식회사 Apparatus and Method for Selecting Transmit Path using Smart Antenna
WO2013028171A1 (en) * 2011-08-22 2013-02-28 Intel Corporation Device, system and method of controlling wireless communication based on an orientation-related attribute of a wireless communication device
US9179490B2 (en) 2012-11-29 2015-11-03 Intel Corporation Apparatus, system and method of disconnecting a wireless communication link
US9583828B2 (en) 2012-12-06 2017-02-28 Intel Corporation Apparatus, system and method of controlling one or more antennas of a mobile device
KR20170072159A (en) * 2015-12-16 2017-06-26 한국전자통신연구원 Method and apparatus for estimating millimeter band channel
KR20170072161A (en) * 2015-12-16 2017-06-26 한국전자통신연구원 Terminal for estimating channel quality indicator according to mobility of terminal

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100850888B1 (en) * 2002-06-28 2008-08-07 (주)에이스안테나 Adaptive antenna device by using GPS signal of mobile phone and beam control method thereof
KR101009795B1 (en) * 2003-11-28 2011-01-19 삼성전자주식회사 Apparatus and Method for Selecting Transmit Path using Smart Antenna
KR100726852B1 (en) * 2005-12-08 2007-06-11 한국전자통신연구원 Multi-mode terminal and method for controlling communication route thereof
WO2013028171A1 (en) * 2011-08-22 2013-02-28 Intel Corporation Device, system and method of controlling wireless communication based on an orientation-related attribute of a wireless communication device
US9473220B2 (en) 2011-08-22 2016-10-18 Intel Corporation Device, system and method of controlling wireless communication based on an orientation-related attribute of a wireless communication device
US9179490B2 (en) 2012-11-29 2015-11-03 Intel Corporation Apparatus, system and method of disconnecting a wireless communication link
US9583828B2 (en) 2012-12-06 2017-02-28 Intel Corporation Apparatus, system and method of controlling one or more antennas of a mobile device
KR20170072159A (en) * 2015-12-16 2017-06-26 한국전자통신연구원 Method and apparatus for estimating millimeter band channel
KR20170072161A (en) * 2015-12-16 2017-06-26 한국전자통신연구원 Terminal for estimating channel quality indicator according to mobility of terminal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6512917B1 (en) Radio communication device and transmitting power control method
US6404386B1 (en) Adaptive antenna for use in same frequency networks
JP4319782B2 (en) Method and apparatus for determining the direction of arrival of a signal
US8050719B2 (en) Radio communication system, mobile terminal unit thereof, and azimuth determining method
US6100843A (en) Adaptive antenna for use in same frequency networks
US8396483B2 (en) Mobile station, system and method for use in wireless communications
US6930637B2 (en) Method and apparatus for high resolution tracking via mono-pulse beam-forming in a communication system
EP1228582A1 (en) Downlink signal processing in cdma systems utilizing arrays of antennas
EP1180855A1 (en) Location based adaptive antenna scheme for wireless data applications
EP1284546A1 (en) Array antenna base station device and radio transmission method
US6771984B1 (en) Base station device and radio communication method
JP2003520545A (en) Systems and methods for wireless communication utilizing polarization diversity
WO2001017065A1 (en) Method for electronical beam control in a telecommunications system and base station using said method
US20030114194A1 (en) Base station device
GB2367455A (en) Interference reduction in a cellular communication system having a beamed downlink
KR20030058098A (en) Method for controlling beam pattern in mobile communication using smart antenna
JP2002502181A (en) Method and system for downlink diversity in wireless transmission
JP2001007754A (en) Radio communication system and radio base station
CN111372195A (en) Method, apparatus and storage medium for tracking position of mobile terminal in mobile communication network
EP0986277A1 (en) Base station and method of communication
US20180199326A1 (en) Real time adaptation of a mobile repeater antenna pattern
JP2002325062A (en) Mobile communication system and mobile communication terminal
CN111372190B (en) Machine learning model, method, device and storage medium for mobile terminal position tracking
CN115642998A (en) Pilot frequency distribution method for millimeter wave frequency band joint communication and positioning

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
WITN Withdrawal due to no request for examination